JP3780263B2 - 排気ガスの浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排気されるガス中には、未燃焼浮遊粒子(以下ＰＭという)が排出され、公害問題になっている。特に、エンジン始動時や加速時にＰＭが多く排出される。このＰＭの除去装置として多くの技術が開発されている。その技術の中でフィルタによりＰＭを燃焼させて除去する従来の技術がある。
【０００３】
例えば、図５に示すように、排気ガスの流れに対して直交するように、複数枚のフィルタ５を設け、その下流側に酸化触媒２を配設した浄化装置が開示されている。この浄化装置では、エンジンの高負荷時で排気ガス温度が高い時にはフィルタ５でＰＭが燃焼しある程度の結果が得られるが、酸化触媒２の排気ガス流入部に、微粒のＰＭが堆積し満足する結果が得られないという問題がある。この現象は、酸化触媒２の温度が所定の温度に維持されないからだと考える。また、エンジンの低負荷時で、排気ガス温度が低い状態では、ＰＭが燃焼せず、フィルタ６が目詰まりを起こすという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ヒータとこの排気ガスの温度でフィルタの温度を昇温し、ヒータ及びフィルタでＰＭを燃焼させて、ＰＭの排出少なくし、酸化触媒の詰まりをなくしＰＭを酸化触媒で酸化させてＰＭの排出をなくすと共に、同時に窒素酸化物をも無くすようにした排気ガスの浄化装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による排気ガスの浄化装置は、以下のことを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による排気ガスの浄化装置は、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタと同心円状に内筒を設け、該内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設け、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成し、該フィルタの下流側に酸化触媒を設け、該酸化触媒の下流側に多孔板を配設し、該多孔板から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板を外筒内に設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明による排気ガスの浄化装置は、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタと同心円状に内筒を設け、該内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設け、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成し、前記フィルタの下流側に排気ガスの渦流発生部を形成し、該渦流発生部の下流側に酸化触媒を設け、該酸化触媒の下流側にフィルタ機構を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による排気ガスの浄化装置は、フィルタの縦断面形状を波型にしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による排気ガスの浄化装置は、酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
次に、各請求項に係る本発明の排気ガスの浄化装置によって、課題がどのように解決されるかについて説明する。
【００１５】
まず、請求項１に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタと同心円状に内筒を設け、この内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設けたので、内筒内に流入してきた排気ガスの旋回流により、排気ガス及びＰＭはヒータと活発に接触し、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも効率良く燃焼させることができる。
【００１６】
また、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成したので、フィルタを通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭが捕獲される。
【００１７】
そして、このフィルタの下流側に酸化触媒を設けることにより、予め粗い粒子のＰＭがフィルタで捕獲されているので、酸化触媒に流入するＰＭは、フィルタを通過した微粒子であり、且つ、排気ガスはヒータにより温度調節が可能であるため、酸化触媒内の温度を適正な温度にすることができる。また、この酸化触媒の下流側に多孔板を配設したので、酸化触媒で酸化できなかったＰＭは、この多孔板を通過する際に捕獲され、更にこの多孔板から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板を外筒内に設けることにより、多孔板を通過したＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００１８】
次に、請求項２に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタと同心円状に内筒を設け、この内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設けたので、内筒内に流入してきた排気ガスの旋回流により、排気ガス及びＰＭはヒータと活発に接触し、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも効率良く燃焼させることができる。
【００１９】
また前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由して、フィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成したので、フィルタを通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭが捕獲される。
【００２０】
そして前記フィルタの下流側に排気ガスの渦流発生部を形成したので、この渦流発生部でフィルタを通過してきた比較的粗いＰＭを捕獲することができる。また、この渦流発生部の下流側に酸化触媒を設けたので、酸化触媒に流入するＰＭは、予めフィルタ及び渦流発生部で捕獲された残余の微粒ＰＭであり、且つ、排気ガスはヒータにより温度調節が可能であるので、酸化触媒内の温度を適正な温度にすることができる。そしてこの酸化触媒の下流側にフィルタ機構を設けたので、触媒を通過したＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００２１】
次に、請求項３に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、フィルタの縦断面形状を波型にすることにより、フィルタの捕獲面積を大きくすることができ、ＰＭの捕獲量を多くすると共に、通気抵抗を少なくし、且つ、フィルタの交換頻度を少なくすることができる。
【００２２】
次に、請求項４に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設することにより、ＰＭの除去と同時に、窒素酸化物をも浄化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
まず、請求項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図４において、排気ガスの入口側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設ける。また、この内筒２０の内部にヒータ１９を設けると共に内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設ける。そして前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。また図１に示すように、フィルタ８の下流側に酸化触媒１１を設け、この酸化触媒の下流側に多孔板１２を配設し、この多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６内に設ける。
【００２６】
次に、請求項２の記載から把握される本発明の実施の形態は、図４において、排気ガスの入口側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設ける。また、この内筒２０の内部にヒータ１９を設けると共に内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設ける。そして、前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。また図２に示すように、フィルタ８の下流側に排気ガスの渦流発生部１４を形成し、この渦流発生部１４の下流側に酸化触媒１１を設ける。そして、酸化触媒１１の下流側に設けた仕切板１５に、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設け、排出孔１８をあけた出口管４により構成したフィルタ機構を設ける。
【００２７】
次に、請求項３の記載から把握される本発明の実施の形態は、図３に示すように、フィルタ８の縦断面形状を波型とする。
【００２８】
次に、請求項４の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１及び図２において、酸化触媒１１ａに窒素酸化物を除去するための還元触媒１１ｂを併設する。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について説明する。図１において、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８の底部９を塞いで、矢印で示すように、入口管３から流入した排気ガスが、フィルタ８の内部からフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成し、このフィルタ８の内部にコイル状のヒータ１０を配設する。そしてフィルタ８の下流側に、フィルタ８との間に所定の空間２８を設けて酸化触媒１１を配設する。即ち、この空間２８を設けることにより、フィルタ８を通過してきた排気ガスを一定の圧力をもって空間２８に滞留させ、排気ガスを酸化触媒１１に均一に流入させることができる。
【００３０】
また、この酸化触媒１１の下流側に所定の空間を２９をあけて多孔板１２を配設する。この空間２９をあけて多孔板１２を設けることにより、酸化触媒１１内の排気ガスの流れに抵抗を与え、酸化触媒１１内における排気ガスの滞留時間を長くして、酸化反応を有効に行うようにすることができる。そして、この多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６の内周面に設ける。また場合によっては、酸化触媒１１を、酸化触媒１１ａと窒素酸化物を除去するための還元触媒１１ｂとを並存させるようにしても良い。
【００３１】
次に、図２に示す実施例において、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８の底部９を塞いでフィルタ８の内部からフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成し、このフィルタ８の内部にコイル状のヒータ１０を配設する。そして前記フィルタ８の下流側に所定の空間３０を介して設けた仕切板２２に末広がりの管を設けて、排気ガスの渦流発生部１４を形成する。この渦流発生部１４を形成する末広がりの管の端面と、低部９との間に所定の隙間をあけて流路を形成する。この渦流発生部１４から流出した排気ガスが、下流側に設けた酸化触媒１１に均等に流入するようにガイド板２３を設ける。そして、酸化触媒１１の下流側に設けた仕切板１５に、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設けると共に、排出孔１８をあけた出口管４を設ける。
【００３２】
次に、図４に示す実施例は、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設ける。そして、この内筒２０の内部に、内筒２０の軸方向に直線状のヒータ１９を設けると共に内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設ける。内筒２０の出口端面と、底面９との間に所定の隙間をあけて流路を形成している。そして、フィルタ８の下流側は、図１及び図２に示したものと同じものを配設する。
【００３３】
即ち、図１及び図４において、前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。そして図１に示すように、フィルタ８の下流側に酸化触媒１１を設け、この酸化触媒の下流側に多孔板１２を配設し、この多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６内に設ける。
【００３４】
また、図２及び図４において、前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。そして、前記フィルタ８の下流側に設けた仕切板２２に末広がりの管を設けて、排気ガスの渦流発生部１４を形成し、この渦流発生部１４から流出した排気ガスが、下流側に設けた酸化触媒１１に均等に流入するようにガイド板２３を設ける。そして酸化触媒１１の下流側に設けた仕切板１５に、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設けると共に、排出孔１８をあけた出口管４を設ける。
【００３５】
また、図１、図２及び図４に示すフィルタ８を、図３に示すように、フィルタ８の縦断面形状を波型にする。なお、図１及び図２において、温度センサー２４により、酸化触媒１１の入口排気ガス温度を検出し、温度コントローラ２５にてＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６を介してヒータ１０を制御して、エンジンの負荷などによって変動する酸化触媒１１の排気ガス入口の温度を適正な温度にしている。図４に示した実施例では、図示を省略しているが、同じ制御を行う。
【００３６】
次に、各実施例の作用について説明する。図１において、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８の底部９を塞いでフィルタ８の内部からフィルタ８の内部にコイル状のヒータ１０を配設したので、入口管３から流入した排気ガスはヒータ１０によって昇温される。
【００３７】
即ち、ヒータ１０はコイル状であるから流入してきた排気ガスは、ヒータ１０に直交するように接触し、効率良く排気ガスを昇温すると共に、ＰＭのヒータ１０への接触が活発になり、ＰＭを効率良く燃焼することができる。そしてフィルタ８はヒータ１０の輻射熱によって昇温されるので、フィルタ８によってもＰＭを燃焼させることができると共に、ヒータ１０で昇温された排気ガスの温度をほぼそのまま維持することができ、触媒１１入口の排気ガス温度を適正な温度に維持すると共に、排気ガス中のＰＭは、ヒータに接触して燃焼するので、フィルタ８を通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭが捕獲される。
【００３８】
そして、空間２８に流出して滞留した排気ガスは、所定の圧力を持っているので、フィルタ８の下流側に設けた酸化触媒１１に均等に流入する。そして、酸化触媒１１はフィルタ８の下流側に設けられているので、予め粗い粒子のＰＭがフィルタ８により捕獲されているので、酸化触媒１１に流入するＰＭは、フィルタを通過した微粒子であり、且つ、排気ガスはヒータにより温度調節が可能であるので、酸化触媒１１内の温度を適正な温度にすることができる。
【００３９】
そして、この酸化触媒１１の下流側に多孔板１２を配設したから、排気ガスの流れに対して抵抗を与え、酸化触媒１１内での排気ガスの滞留時間を長くし、酸化反応を有効に行うと共に、酸化触媒１１で酸化できなかったＰＭは、この多孔板１２を通過する際に捕獲され、更にこの多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６内に設けることにより、多孔板１２を通過したＰＭを最終的に捕獲することができる。この多孔板１２及び整流板１３による排気ガスの旋回流でのＰＭの捕獲は、酸化触媒１１内での反応により水分が発生するので、残留したＰＭを水分により結合し、効率良くＰＭを捕獲することができる。
【００４０】
次に、図２に示す実施例が図１に示した実施例と相違する点は、渦発生部１４を設けたこと及びフィルタ機構を設けた点にある。したがって、その他の共通部分での作用は同じであるから、その説明は省略する。
【００４１】
即ち、この図２に示した実施例において、フィルタ８の下流側に所定の空間３０を介して、排気ガスの渦流発生部１４を形成したので、フィルタ８を通過した排気ガスは、仕切板２２に衝突しながら矢印のように渦流を発生する。そしてこの渦流発生部１４を形成する管を末広がりにすることにより、渦流を効果的に発生することができると共に、分離したＰＭの持ち去りを抑制することができる。即ち、この渦流により排気ガス中のＰＭは分離し（吹き溜まり）、フィルタ８を通過してきた比較的粗いＰＭを捕獲することができる。そして比較的粗いＰＭが除去された排気ガスは、渦流発生部１４を形成する管の端面と、低部９との間の隙間を通り流出する。
【００４２】
流出した排気ガスは、ガイド板２３にガイドされて、酸化触媒１１に対して均一に流入する。そしてこの渦流発生部１４の下流側に酸化触媒１１を設けたので、酸化触媒１１に流入するＰＭは、予めフィルタ８及び渦流発生部１４で捕獲された残余の微粒ＰＭであり、且つ、排気ガスはヒータ１０により温度調節が可能であるから、酸化触媒内の温度を適正な温度にすることができる。
【００４３】
そしてこの酸化触媒１１の下流側に仕切板１５を設け、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設けたので、酸化触媒１１から流出する排気ガスの流れに対して抵抗を持たせることができ、酸化触媒１１内における排気ガスの滞留時間を長くし、酸化反応を有効に行わせることができる。更に、酸化触媒１１から流出する排気ガスは水分を含んで居るので、仕切板１５に排気ガスが衝突する際に微粒のＰＭが結合し、仕切板１５にてＰＭが捕獲されると共に、噴出孔１７を通過する際にもＰＭを捕獲することができる。更に、排出口１８を通過するときにもＰＭを捕獲することができ、酸化触媒１１を通過してきたＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００４４】
次に、図４に示す実施例と、図１及び図２に示した実施例との相違点は、内筒２０を設けたことである。その他の部分は図１及び図２に示した実施例と共通するので、その部分についての作用は同じであり、その説明は省略する。
【００４５】
この図４に示した実施例において、排気ガスの入口側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設け、この内筒２０の内部にヒータ１９を設けると共に、内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設けたので、内筒２０内に流入してきた排気ガスの旋回流により、排気ガス及びＰＭはヒータ１９と活発に接触し、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも効率良く燃焼させることができる。
【００４６】
この点について更に詳しく説明すると、ヒータ１９は内筒２０の軸方向に平行に設けられているので、内筒２０内に流入し、整流板２１にて旋回させられた排気ガスは、ヒータ１９にほぼ直交するようにヒータ１９に激しく接触する。これにより、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも激しくヒータ１９と接触し、効率良く燃焼させることができる。また、排気ガスとヒータ１９との間の熱交換効率が良いので、排気ガスの温度制御の応答性が向上し、酸化触媒１１内の適正な温度制御が容易になる。
【００４７】
図１、図２及び図４に示す実施例のフィルタ８は、円筒状であるので、平面状のフィルタに比べてフィルタの有効面積を大きくすることができる。従って、単位有効面積当たりのＰＭの捕獲量を少なくすることができ、フィルタ８の目詰まりを軽減すると共に、通気抵抗を少なくすることができ、エンジンへの影響を少なくすることができる。また、フィルタ８は円筒状であるから、ヒータ１０による輻射熱を効率良く吸収して昇温され、排気ガスの温度制御を容易にして酸化触媒１１の適正な温度制御ができ、酸化触媒１１での酸化反応を効率良く行えると共に、ＰＭの燃焼も可能になり、フィルタ８の目詰まりを軽減することが可能になる。また、図４に示す実施例も同様に、昇温された内筒２０の輻射熱も、円筒状のフィルタ８が効率良く吸収するので、同様の作用がある。
【００４８】
次に、図３に示す実施例は、図１、図２及び図４に示すフィルタ８の縦断面形状を波型にすることにより、フィルタ８の捕獲面積を更に大きくすることができ、上記作用を更に向上させることができる。そしてフィルタの交換頻度を少なくすることができる。更に、図４に示す実施例に適用した場合に、内筒２０から流出した排気ガスは、旋回流を保持した状態でフィルタ８を通過するので、図３の矢印で示すように排気ガスが通過することになり、フィルタ８の有効面積を最大限利用することができる。
【００４９】
次に、図１及び図２に示す実施例において、酸化触媒１１ａに窒素酸化物を除去するための還元触媒１１ｂを併設することにより、ＰＭの除去と同時に、窒素酸化物をも浄化することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明による排気ガスの浄化装置によれば、排気ガスはヒータによって昇温されると共に、フィルタはヒータの輻射熱によって昇温され、且つ、排気ガス中のＰＭは、ヒータに接触して燃焼し、フィルタを通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭを予め捕獲するようにし、触媒に流入するＰＭは、フィルタを通過した微粒子であるので、酸化触媒の詰まりを解消することができる。また、フィルタは円筒状であるので、平板状のものに比べて、単位有効面積当たりのＰＭの捕獲量を少なくし、フィルタの目詰まりを軽減することができる。そして排気ガスはヒータにより温度調節が可能であり、酸化触媒内の温度を適切な温度にすることができるので、酸化触媒内での酸化反応を効率良く行うことができる。更に、この酸化触媒の下流側においてＰＭを最終的に捕獲するようにしたので、大気中へのＰＭの放出を無くすことができる。
【００５１】
また、本発明による排気ガスの浄化装置によれば、フィルタの縦断面形状を波型にし、フィルタの捕獲面積を大きくして、ＰＭの捕獲量を多くすると共に、通気抵抗を少なくしたので、エンジンの不可変動により変化するＰＭの含有量及び排気ガス圧力等への対応が可能になり、フィルタの目詰まりを軽減すると共に、酸化触媒の詰まりをなくしてＰＭを効率良く除去することができる。更にフィルタの交換頻度を少なくすることができるので、実用的効果を向上することができる。
【００５２】
また、本発明による排気ガスの浄化装置によれば、酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設することにより、ＰＭの除去と同時に、窒素酸化物をも浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である排気ガスの浄化装置の縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【図３】本発明におけるフィルタの縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部を示す縦断面図である。
【図５】従来例の縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…触媒
３…入口管
４…出口管
５…フィルタ
６…外筒
７…環状の隙間
８…フィルタ
９…低部
１０…ヒータ
１１…触媒
１２…多孔板
１３…整流板
１４…渦流発生部
１５…仕切板
１６…出口管
１７…噴出孔
１８…排出孔
１９…ヒータ
２０…内筒
２１…整流板
２２…仕切板
２３…ガイド板
２４…温度センサー
２５…温度コントローラ
２６…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
２７…スイッチ
２８…空間
２９…空間
３０…空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排気されるガス中には、未燃焼浮遊粒子(以下ＰＭという)が排出され、公害問題になっている。特に、エンジン始動時や加速時にＰＭが多く排出される。このＰＭの除去装置として多くの技術が開発されている。その技術の中でフィルタによりＰＭを燃焼させて除去する従来の技術がある。
【０００３】
例えば、図５に示すように、排気ガスの流れに対して直交するように、複数枚のフィルタ５を設け、その下流側に酸化触媒２を配設した浄化装置が開示されている。この浄化装置では、エンジンの高負荷時で排気ガス温度が高い時にはフィルタ５でＰＭが燃焼しある程度の結果が得られるが、酸化触媒２の排気ガス流入部に、微粒のＰＭが堆積し満足する結果が得られないという問題がある。この現象は、酸化触媒２の温度が所定の温度に維持されないからだと考える。また、エンジンの低負荷時で、排気ガス温度が低い状態では、ＰＭが燃焼せず、フィルタ６が目詰まりを起こすという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ヒータとこの排気ガスの温度でフィルタの温度を昇温し、ヒータ及びフィルタでＰＭを燃焼させて、ＰＭの排出少なくし、酸化触媒の詰まりをなくしＰＭを酸化触媒で酸化させてＰＭの排出をなくすと共に、同時に窒素酸化物をも無くすようにした排気ガスの浄化装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による排気ガスの浄化装置は、以下のことを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による排気ガスの浄化装置は、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタと同心円状に内筒を設け、該内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設け、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成し、該フィルタの下流側に酸化触媒を設け、該酸化触媒の下流側に多孔板を配設し、該多孔板から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板を外筒内に設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明による排気ガスの浄化装置は、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタと同心円状に内筒を設け、該内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設け、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成し、前記フィルタの下流側に排気ガスの渦流発生部を形成し、該渦流発生部の下流側に酸化触媒を設け、該酸化触媒の下流側にフィルタ機構を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による排気ガスの浄化装置は、フィルタの縦断面形状を波型にしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による排気ガスの浄化装置は、酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
次に、各請求項に係る本発明の排気ガスの浄化装置によって、課題がどのように解決されるかについて説明する。
【００１５】
まず、請求項１に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタと同心円状に内筒を設け、この内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設けたので、内筒内に流入してきた排気ガスの旋回流により、排気ガス及びＰＭはヒータと活発に接触し、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも効率良く燃焼させることができる。
【００１６】
また、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成したので、フィルタを通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭが捕獲される。
【００１７】
そして、このフィルタの下流側に酸化触媒を設けることにより、予め粗い粒子のＰＭがフィルタで捕獲されているので、酸化触媒に流入するＰＭは、フィルタを通過した微粒子であり、且つ、排気ガスはヒータにより温度調節が可能であるため、酸化触媒内の温度を適正な温度にすることができる。また、この酸化触媒の下流側に多孔板を配設したので、酸化触媒で酸化できなかったＰＭは、この多孔板を通過する際に捕獲され、更にこの多孔板から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板を外筒内に設けることにより、多孔板を通過したＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００１８】
次に、請求項２に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタと同心円状に内筒を設け、この内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設けたので、内筒内に流入してきた排気ガスの旋回流により、排気ガス及びＰＭはヒータと活発に接触し、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも効率良く燃焼させることができる。
【００１９】
また前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由して、フィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成したので、フィルタを通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭが捕獲される。
【００２０】
そして前記フィルタの下流側に排気ガスの渦流発生部を形成したので、この渦流発生部でフィルタを通過してきた比較的粗いＰＭを捕獲することができる。また、この渦流発生部の下流側に酸化触媒を設けたので、酸化触媒に流入するＰＭは、予めフィルタ及び渦流発生部で捕獲された残余の微粒ＰＭであり、且つ、排気ガスはヒータにより温度調節が可能であるので、酸化触媒内の温度を適正な温度にすることができる。そしてこの酸化触媒の下流側にフィルタ機構を設けたので、触媒を通過したＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００２１】
次に、請求項３に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、フィルタの縦断面形状を波型にすることにより、フィルタの捕獲面積を大きくすることができ、ＰＭの捕獲量を多くすると共に、通気抵抗を少なくし、且つ、フィルタの交換頻度を少なくすることができる。
【００２２】
次に、請求項４に係る本発明の排気ガスの浄化装置によれば、酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設することにより、ＰＭの除去と同時に、窒素酸化物をも浄化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
まず、請求項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図４において、排気ガスの入口側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設ける。また、この内筒２０の内部にヒータ１９を設けると共に内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設ける。そして前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。また図１に示すように、フィルタ８の下流側に酸化触媒１１を設け、この酸化触媒の下流側に多孔板１２を配設し、この多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６内に設ける。
【００２６】
次に、請求項２の記載から把握される本発明の実施の形態は、図４において、排気ガスの入口側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設ける。また、この内筒２０の内部にヒータ１９を設けると共に内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設ける。そして、前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。また図２に示すように、フィルタ８の下流側に排気ガスの渦流発生部１４を形成し、この渦流発生部１４の下流側に酸化触媒１１を設ける。そして、酸化触媒１１の下流側に設けた仕切板１５に、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設け、排出孔１８をあけた出口管４により構成したフィルタ機構を設ける。
【００２７】
次に、請求項３の記載から把握される本発明の実施の形態は、図３に示すように、フィルタ８の縦断面形状を波型とする。
【００２８】
次に、請求項４の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１及び図２において、酸化触媒１１ａに窒素酸化物を除去するための還元触媒１１ｂを併設する。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について説明する。図１において、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８の底部９を塞いで、矢印で示すように、入口管３から流入した排気ガスが、フィルタ８の内部からフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成し、このフィルタ８の内部にコイル状のヒータ１０を配設する。そしてフィルタ８の下流側に、フィルタ８との間に所定の空間２８を設けて酸化触媒１１を配設する。即ち、この空間２８を設けることにより、フィルタ８を通過してきた排気ガスを一定の圧力をもって空間２８に滞留させ、排気ガスを酸化触媒１１に均一に流入させることができる。
【００３０】
また、この酸化触媒１１の下流側に所定の空間を２９をあけて多孔板１２を配設する。この空間２９をあけて多孔板１２を設けることにより、酸化触媒１１内の排気ガスの流れに抵抗を与え、酸化触媒１１内における排気ガスの滞留時間を長くして、酸化反応を有効に行うようにすることができる。そして、この多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６の内周面に設ける。また場合によっては、酸化触媒１１を、酸化触媒１１ａと窒素酸化物を除去するための還元触媒１１ｂとを並存させるようにしても良い。
【００３１】
次に、図２に示す実施例において、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８の底部９を塞いでフィルタ８の内部からフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成し、このフィルタ８の内部にコイル状のヒータ１０を配設する。そして前記フィルタ８の下流側に所定の空間３０を介して設けた仕切板２２に末広がりの管を設けて、排気ガスの渦流発生部１４を形成する。この渦流発生部１４を形成する末広がりの管の端面と、低部９との間に所定の隙間をあけて流路を形成する。この渦流発生部１４から流出した排気ガスが、下流側に設けた酸化触媒１１に均等に流入するようにガイド板２３を設ける。そして、酸化触媒１１の下流側に設けた仕切板１５に、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設けると共に、排出孔１８をあけた出口管４を設ける。
【００３２】
次に、図４に示す実施例は、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設ける。そして、この内筒２０の内部に、内筒２０の軸方向に直線状のヒータ１９を設けると共に内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設ける。内筒２０の出口端面と、底面９との間に所定の隙間をあけて流路を形成している。そして、フィルタ８の下流側は、図１及び図２に示したものと同じものを配設する。
【００３３】
即ち、図１及び図４において、前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。そして図１に示すように、フィルタ８の下流側に酸化触媒１１を設け、この酸化触媒の下流側に多孔板１２を配設し、この多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６内に設ける。
【００３４】
また、図２及び図４において、前記フィルタ８の底部９を塞いで内筒２０から流出した排気ガスをフィルタ８の内部を経由してフィルタ８を通過し環状の隙間７に流れる排気ガス流路を形成する。そして、前記フィルタ８の下流側に設けた仕切板２２に末広がりの管を設けて、排気ガスの渦流発生部１４を形成し、この渦流発生部１４から流出した排気ガスが、下流側に設けた酸化触媒１１に均等に流入するようにガイド板２３を設ける。そして酸化触媒１１の下流側に設けた仕切板１５に、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設けると共に、排出孔１８をあけた出口管４を設ける。
【００３５】
また、図１、図２及び図４に示すフィルタ８を、図３に示すように、フィルタ８の縦断面形状を波型にする。なお、図１及び図２において、温度センサー２４により、酸化触媒１１の入口排気ガス温度を検出し、温度コントローラ２５にてＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６を介してヒータ１０を制御して、エンジンの負荷などによって変動する酸化触媒１１の排気ガス入口の温度を適正な温度にしている。図４に示した実施例では、図示を省略しているが、同じ制御を行う。
【００３６】
次に、各実施例の作用について説明する。図１において、排気ガスの入口管３側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８の底部９を塞いでフィルタ８の内部からフィルタ８の内部にコイル状のヒータ１０を配設したので、入口管３から流入した排気ガスはヒータ１０によって昇温される。
【００３７】
即ち、ヒータ１０はコイル状であるから流入してきた排気ガスは、ヒータ１０に直交するように接触し、効率良く排気ガスを昇温すると共に、ＰＭのヒータ１０への接触が活発になり、ＰＭを効率良く燃焼することができる。そしてフィルタ８はヒータ１０の輻射熱によって昇温されるので、フィルタ８によってもＰＭを燃焼させることができると共に、ヒータ１０で昇温された排気ガスの温度をほぼそのまま維持することができ、触媒１１入口の排気ガス温度を適正な温度に維持すると共に、排気ガス中のＰＭは、ヒータに接触して燃焼するので、フィルタ８を通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭが捕獲される。
【００３８】
そして、空間２８に流出して滞留した排気ガスは、所定の圧力を持っているので、フィルタ８の下流側に設けた酸化触媒１１に均等に流入する。そして、酸化触媒１１はフィルタ８の下流側に設けられているので、予め粗い粒子のＰＭがフィルタ８により捕獲されているので、酸化触媒１１に流入するＰＭは、フィルタを通過した微粒子であり、且つ、排気ガスはヒータにより温度調節が可能であるので、酸化触媒１１内の温度を適正な温度にすることができる。
【００３９】
そして、この酸化触媒１１の下流側に多孔板１２を配設したから、排気ガスの流れに対して抵抗を与え、酸化触媒１１内での排気ガスの滞留時間を長くし、酸化反応を有効に行うと共に、酸化触媒１１で酸化できなかったＰＭは、この多孔板１２を通過する際に捕獲され、更にこの多孔板１２から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板１３を外筒６内に設けることにより、多孔板１２を通過したＰＭを最終的に捕獲することができる。この多孔板１２及び整流板１３による排気ガスの旋回流でのＰＭの捕獲は、酸化触媒１１内での反応により水分が発生するので、残留したＰＭを水分により結合し、効率良くＰＭを捕獲することができる。
【００４０】
次に、図２に示す実施例が図１に示した実施例と相違する点は、渦発生部１４を設けたこと及びフィルタ機構を設けた点にある。したがって、その他の共通部分での作用は同じであるから、その説明は省略する。
【００４１】
即ち、この図２に示した実施例において、フィルタ８の下流側に所定の空間３０を介して、排気ガスの渦流発生部１４を形成したので、フィルタ８を通過した排気ガスは、仕切板２２に衝突しながら矢印のように渦流を発生する。そしてこの渦流発生部１４を形成する管を末広がりにすることにより、渦流を効果的に発生することができると共に、分離したＰＭの持ち去りを抑制することができる。即ち、この渦流により排気ガス中のＰＭは分離し（吹き溜まり）、フィルタ８を通過してきた比較的粗いＰＭを捕獲することができる。そして比較的粗いＰＭが除去された排気ガスは、渦流発生部１４を形成する管の端面と、低部９との間の隙間を通り流出する。
【００４２】
流出した排気ガスは、ガイド板２３にガイドされて、酸化触媒１１に対して均一に流入する。そしてこの渦流発生部１４の下流側に酸化触媒１１を設けたので、酸化触媒１１に流入するＰＭは、予めフィルタ８及び渦流発生部１４で捕獲された残余の微粒ＰＭであり、且つ、排気ガスはヒータ１０により温度調節が可能であるから、酸化触媒内の温度を適正な温度にすることができる。
【００４３】
そしてこの酸化触媒１１の下流側に仕切板１５を設け、噴出孔１７をあけた出口管１６を複数設けたので、酸化触媒１１から流出する排気ガスの流れに対して抵抗を持たせることができ、酸化触媒１１内における排気ガスの滞留時間を長くし、酸化反応を有効に行わせることができる。更に、酸化触媒１１から流出する排気ガスは水分を含んで居るので、仕切板１５に排気ガスが衝突する際に微粒のＰＭが結合し、仕切板１５にてＰＭが捕獲されると共に、噴出孔１７を通過する際にもＰＭを捕獲することができる。更に、排出口１８を通過するときにもＰＭを捕獲することができ、酸化触媒１１を通過してきたＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００４４】
次に、図４に示す実施例と、図１及び図２に示した実施例との相違点は、内筒２０を設けたことである。その他の部分は図１及び図２に示した実施例と共通するので、その部分についての作用は同じであり、その説明は省略する。
【００４５】
この図４に示した実施例において、排気ガスの入口側に、外筒６の内周面との間に環状の隙間７を形成するように筒状のフィルタ８を設け、このフィルタ８と同心円状に内筒２０を設け、この内筒２０の内部にヒータ１９を設けると共に、内筒２０の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板２１を設けたので、内筒２０内に流入してきた排気ガスの旋回流により、排気ガス及びＰＭはヒータ１９と活発に接触し、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも効率良く燃焼させることができる。
【００４６】
この点について更に詳しく説明すると、ヒータ１９は内筒２０の軸方向に平行に設けられているので、内筒２０内に流入し、整流板２１にて旋回させられた排気ガスは、ヒータ１９にほぼ直交するようにヒータ１９に激しく接触する。これにより、排気ガスは効率良く昇温されると共に、ＰＭも激しくヒータ１９と接触し、効率良く燃焼させることができる。また、排気ガスとヒータ１９との間の熱交換効率が良いので、排気ガスの温度制御の応答性が向上し、酸化触媒１１内の適正な温度制御が容易になる。
【００４７】
図１、図２及び図４に示す実施例のフィルタ８は、円筒状であるので、平面状のフィルタに比べてフィルタの有効面積を大きくすることができる。従って、単位有効面積当たりのＰＭの捕獲量を少なくすることができ、フィルタ８の目詰まりを軽減すると共に、通気抵抗を少なくすることができ、エンジンへの影響を少なくすることができる。また、フィルタ８は円筒状であるから、ヒータ１０による輻射熱を効率良く吸収して昇温され、排気ガスの温度制御を容易にして酸化触媒１１の適正な温度制御ができ、酸化触媒１１での酸化反応を効率良く行えると共に、ＰＭの燃焼も可能になり、フィルタ８の目詰まりを軽減することが可能になる。また、図４に示す実施例も同様に、昇温された内筒２０の輻射熱も、円筒状のフィルタ８が効率良く吸収するので、同様の作用がある。
【００４８】
次に、図３に示す実施例は、図１、図２及び図４に示すフィルタ８の縦断面形状を波型にすることにより、フィルタ８の捕獲面積を更に大きくすることができ、上記作用を更に向上させることができる。そしてフィルタの交換頻度を少なくすることができる。更に、図４に示す実施例に適用した場合に、内筒２０から流出した排気ガスは、旋回流を保持した状態でフィルタ８を通過するので、図３の矢印で示すように排気ガスが通過することになり、フィルタ８の有効面積を最大限利用することができる。
【００４９】
次に、図１及び図２に示す実施例において、酸化触媒１１ａに窒素酸化物を除去するための還元触媒１１ｂを併設することにより、ＰＭの除去と同時に、窒素酸化物をも浄化することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明による排気ガスの浄化装置によれば、排気ガスはヒータによって昇温されると共に、フィルタはヒータの輻射熱によって昇温され、且つ、排気ガス中のＰＭは、ヒータに接触して燃焼し、フィルタを通過する際に、残余の比較的粗い粒子のＰＭを予め捕獲するようにし、触媒に流入するＰＭは、フィルタを通過した微粒子であるので、酸化触媒の詰まりを解消することができる。また、フィルタは円筒状であるので、平板状のものに比べて、単位有効面積当たりのＰＭの捕獲量を少なくし、フィルタの目詰まりを軽減することができる。そして排気ガスはヒータにより温度調節が可能であり、酸化触媒内の温度を適切な温度にすることができるので、酸化触媒内での酸化反応を効率良く行うことができる。更に、この酸化触媒の下流側においてＰＭを最終的に捕獲するようにしたので、大気中へのＰＭの放出を無くすことができる。
【００５１】
また、本発明による排気ガスの浄化装置によれば、フィルタの縦断面形状を波型にし、フィルタの捕獲面積を大きくして、ＰＭの捕獲量を多くすると共に、通気抵抗を少なくしたので、エンジンの不可変動により変化するＰＭの含有量及び排気ガス圧力等への対応が可能になり、フィルタの目詰まりを軽減すると共に、酸化触媒の詰まりをなくしてＰＭを効率良く除去することができる。更にフィルタの交換頻度を少なくすることができるので、実用的効果を向上することができる。
【００５２】
また、本発明による排気ガスの浄化装置によれば、酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設することにより、ＰＭの除去と同時に、窒素酸化物をも浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である排気ガスの浄化装置の縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【図３】本発明におけるフィルタの縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部を示す縦断面図である。
【図５】従来例の縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…触媒
３…入口管
４…出口管
５…フィルタ
６…外筒
７…環状の隙間
８…フィルタ
９…低部
１０…ヒータ
１１…触媒
１２…多孔板
１３…整流板
１４…渦流発生部
１５…仕切板
１６…出口管
１７…噴出孔
１８…排出孔
１９…ヒータ
２０…内筒
２１…整流板
２２…仕切板
２３…ガイド板
２４…温度センサー
２５…温度コントローラ
２６…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
２７…スイッチ
２８…空間
２９…空間
３０…空間
Claims (4)
- 排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタと同心円状に内筒を設け、該内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設け、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成し、該フィルタの下流側に酸化触媒を設け、該酸化触媒の下流側に多孔板を配設し、該多孔板から出た排気ガスに旋回流を与えるための整流板を外筒内に設けたことを特徴とする排気ガスの浄化装置。
- 排気ガスの入口側に、外筒の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタと同心円状に内筒を設け、該内筒の内部にヒータを設けると共に内筒の内周面に排気ガスに旋回流を与えるための整流板を設け、前記フィルタの底部を塞いで内筒から流出した排気ガスをフィルタの内部を経由してフィルタを通過し環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成し、前記フィルタの下流側に排気ガスの渦流発生部を形成し、該渦流発生部の下流側に酸化触媒を設け、該酸化触媒の下流側にフィルタ機構を設けたことを特徴とする排気ガスの浄化装置。
- フィルタの縦断面形状を波型にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガスの浄化装置。
- 酸化触媒に窒素酸化物を除去するための還元触媒を併設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガスの浄化装置。
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